CN112334254A - 复合材料 - Google Patents

Abstract

本申请提供了复合材料和用于生产所述复合材料的方法。本申请可以提供这样的复合材料：所述复合材料包含金属泡沫和聚合物组分，并且在具有优异的热导率的同时具有其他优异的物理特性例如抗冲击性、可加工性和绝缘特性。

Description

复合材料

技术领域

本申请要求基于在2018年6月29日提交的韩国专利申请第10-2018-0075959号的优先权，其公开内容通过引用整体并入本文。

本申请涉及复合材料。

背景技术

散热材料可以用于各种应用中。例如，由于电池和各种电子设备在运行期间产生热，因此需要能够有效地控制这样的热的材料。

作为具有良好的散热特性的材料，已知具有良好热导率的陶瓷材料等，但是由于这样的材料的可加工性差，因此可以使用通过将表现出高热导率的陶瓷填料等共混在聚合物基体中而生产的复合材料。

然而，由于通过以上方法必须应用大量的填料组分以确保高热导率，因此出现了各种问题。例如，在包含大量填料组分的材料的情况下，材料本身趋于变硬，并且在这种情况下，抗冲击性等劣化。

发明内容

技术问题

本申请涉及复合材料或用于生产其的方法，并且在一个实例中，本申请旨在提供在具有优异的热导率的同时确保其他优异的物理特性例如抗冲击性和可加工性的复合材料。

技术方案

在本说明书中提到的物理特性中，除非另有说明，否则测量温度和/或测量压力影响结果的物理特性是在室温和/或常压下测量的结果。

术语室温是没有加热或冷却的自然温度，其意指例如在10℃至30℃范围内的任一温度，或者23℃或约25℃左右的温度。此外，在本说明书中，除非另有说明，否则温度的单位是摄氏度(℃)。

术语常压是没有加压或减压的自然压力，其通常意指约1大气压左右的大气压力。

在本说明书中，在其中测量湿度影响结果的物理特性的情况下，相关的物理特性是在室温和/或常压状态下在没有特别控制的自然湿度下测量的物理特性。

本申请涉及复合材料。在本申请中，术语复合材料可以意指包含金属泡沫和聚合物组分的材料。

在本说明书中，术语金属泡沫或金属骨架意指包含金属或金属合金作为主要组分的多孔结构。在此，金属等用作主要组分的事实意味着：基于金属泡沫或金属骨架的总重量，金属等的比率为55重量％或更大、60重量％或更大、65重量％或更大、70重量％或更大、75重量％或更大、80重量％或更大、85重量％或更大、90重量％或更大、或者95重量％或更大。作为主要组分被包含的金属等的比率的上限没有特别限制，例如，金属的比率可以为100重量％或更小、99重量％或更小、或者98重量％或更小左右。

在本说明书中，术语多孔性可以意指这样的情况：其孔隙率为至少10％或更大、20％或更大、30％或更大、40％或更大、50％或更大、60％或更大、70％或更大、75％或更大、或者80％或更大。孔隙率的上限没有特别限制，其可以为例如小于约100％、约99％或更小、约98％或更小、95％或更小、90％或更小、85％或更小、或者80％或更小左右。孔隙率可以通过计算金属泡沫等的密度来以已知的方式计算。

本申请的复合材料具有高热导率，因此，其可以用作用于控制热的材料，例如散热材料。

例如，复合材料的热导率可以为约0.4W/mK或更大、0.45W/mK或更大、0.5W/mK或更大、0.55W/mK或更大、0.6W/mK或更大、0.65W/mK或更大、0.7W/mK或更大、0.75W/mK或更大、0.8W/mK或更大、0.85W/mK或更大、0.9W/mK或更大、0.95W/mK或更大、1W/mK或更大、1.5W/mK或更大、2W/mK或更大、2.5W/mK或更大、3W/mK或更大、3.5W/mK或更大、4W/mK或更大、4.5W/mK或更大、5W/mK或更大、5.5W/mK或更大、6W/mK或更大、6.5W/mK或更大、7W/mK或更大、7.5W/mK或更大、8W/mK或更大、8.5W/mK或更大、9W/mK或更大、9.5W/mK或更大、或者10W/mK或更大。复合材料的热导率越高，复合材料可以具有越优异的热控制功能，复合材料的热导率没有特别限制，并且在一个实例中，其可以为约100W/mK或更小、90W/mK或更小、80W/mK或更小、70W/mK或更小、60W/mK或更小、50W/mK或更小、40W/mK或更小、30W/mK或更小、20W/mK或更小、15W/mK或更小、或者10W/mK或更小。测量热导率的方法没有特别限制，其可以通过例如以下实施例中描述的方法来测量。

在本申请的复合材料具有如上优异的导热特性的同时，可以稳定地确保诸如可加工性和抗冲击性的其他特性，并且通过本说明书中描述的内容可以实现这样的效果。

在一个实例中，在配混有金属泡沫和聚合物组分的复合材料中，本申请应用其中在表面上引入有金属氧化物的金属泡沫作为金属泡沫。金属氧化物可以为通过特定方法在金属泡沫表面上生长的具有突起形式的氧化物。这样的金属氧化物在不牺牲金属泡沫的优点(例如优异的热导率、可加工性、机械强度等)的情况下控制金属泡沫的表面特性，由此金属泡沫可以表现出优异的与聚合物(其为有机材料)的界面特性。因此，包含这样的金属泡沫的复合材料可以表现出优异的特性。

在此，突起形状意指长径比在约1至8的范围内的形状。在另一个实例中，突起形状的长径比可以为约7.5或更小、7或更小、6.5或更小、6或更小、5.5或更小、5或更小、4.5或更小、4或更小、3.5或更小、或者3或更小。在此，氧化物的长径比可以为氧化物的尺寸例如高度或宽度等中的最大尺寸(L)与最小尺寸(S)的比率(L/S)，所述尺寸通过光学显微镜等识别，其中尺寸(L、S)为以相同单位计的尺寸。通过这样的突起形氧化物的存在，可以实现优异的期望效果。

在金属泡沫中，存在于金属泡沫的表面上的金属氧化物的面积比可以在5％至60％的范围内。在另一个实例中，面积比可以为约7％或更大、或者10％或更大，或者可以为55％或更小、50％或更小、45％或更小、40％或更小、35％或更小、或者30％或更小左右。面积比是其中存在氧化物的面积相对于金属泡沫的总面积的百分比，所述面积比可以通过经由光学显微镜确定的氧化物的面积和金属泡沫的面积来确定，或者也可以通过金属泡沫的重量和氧化物的重量等来计算。

复合材料中包含的金属泡沫的形状没有特别限制，但是在一个实例中可以为膜状。在本申请的复合材料中，添加有存在于呈膜形式的金属泡沫的表面上或内部中的聚合物组分。

这样的聚合物组分可以在金属泡沫的至少一个表面上形成表面层，或者可以填充到并存在于金属泡沫内部的空隙中，并且在一些情况下，这样的聚合物组分也可以在形成表面层的同时填充到金属泡沫中。在形成表面层的情况下，聚合物组分可以在金属泡沫的表面中的至少一个表面、一些表面、或全部表面上形成表面层。在一个实例中，聚合物组分可以在作为金属泡沫的主表面的至少上表面和/或下表面上形成表面层。表面层可以形成为覆盖金属泡沫的整个表面，或者也可以形成为仅覆盖表面的一部分。

复合材料中的金属泡沫的孔隙率可以在约10％至99％的范围内。具有这种孔隙率的金属泡沫具有形成合适的传热网络的多孔金属骨架，并因此即使应用少量的相关金属泡沫其也可以确保优异的热导率。在另一个实例中，孔隙率可以为15％或更大、20％或更大、25％或更大、30％或更大、35％或更大、40％或更大、45％或更大、50％或更大、55％或更大、60％或更大、或者65％或更大，或者可以为98％或更小、95％或更小左右、90％或更小左右、85％或更小左右、80％或更小左右、或者75％或更小左右。

如上所述，金属泡沫可以呈膜的形式。在这种情况下，在根据下面描述的方法制造复合材料时可以考虑期望的热导率或厚度比等来调节膜的厚度。为了确保目标热导率，膜的厚度可以为例如约10μm或更大、约20μm或更大、约30μm或更大、约40μm或更大、约45μm或更大、约50μm或更大、约55μm或更大、约60μm或更大、约65μm或更大、或者约70μm或更大。膜的厚度的上限根据目的来控制，其没有特别限制，但是可以为例如约1,000μm或更小、约900μm或更小、约800μm或更小、约700μm或更小、约600μm或更小、约500μm或更小、约400μm或更小、约300μm或更小、约200μm或更小、或者约150μm或更小左右。

在本说明书中，当相关目标的厚度不恒定时，厚度可以为目标的最小厚度、最大厚度或平均厚度。

金属泡沫可以为具有高热导率的材料。在一个实例中，金属泡沫可以包含具有以下热导率的金属或金属合金或者由具有以下热导率的金属或金属合金组成：约8W/mK或更大、约10W/mK或更大、约15W/mK或更大、约20W/mK或更大、约25W/mK或更大、约30W/mK或更大、约35W/mK或更大、约40W/mK或更大、约45W/mK或更大、约50W/mK或更大、约55W/mK或更大、约60W/mK或更大、约65W/mK或更大、约70W/mK或更大、约75W/mK或更大、约80W/mK或更大、约85W/mK或更大、或者约90W/mK或更大。热导率没有特别限制，其可以为例如约1,000W/mK或更小左右，因为数值越高，可以在施加少量金属泡沫的同时确保期望的热控制特性。

金属泡沫的骨架可以由各种金属或金属合金构成，其中能够表现出上述范围内的热导率的材料可以选自这些金属或金属合金。这样的材料可以例示为选自锡、铜、金、银、铝、镍、铁、钴、镁、钼、钨和锌中的任何金属，或者其两者或更多者的合金等，但不限于此。

这样的金属泡沫是广泛已知的，并且用于生产金属泡沫的各种方法也是广泛已知的。在本申请中，可以应用这样的金属形式：其中在通过这样的已知方法生产的金属泡沫中，氧化物以下面描述的特定方式形成在表面上。

作为用于生产金属泡沫本身的方法，已知对金属的复合材料和成孔剂(例如盐)进行烧结的方法、将金属涂覆在支承体(例如聚合物泡沫)上并在这种状态下对其进行烧结的方法、或浆料法等，其中这些方法可以全部应用。在本申请的复合材料中，下面将描述用于生产合适的金属泡沫的方法。

如上所述，复合材料还包含存在于金属泡沫的表面上或存在于金属泡沫的内部中的聚合物组分，其中这样的复合材料中的总厚度(T)与金属泡沫的厚度(MT)的比率(T/MT)可以为2.5或更小。在另一个实例中，厚度比可以为约2或更小、1.5或更小、1.4或更小、1.3或更小、1.2或更小、1.15或更小、或者1.1或更小。厚度比的下限没有特别限制，但是在一个实例中，其可以为约1或更大、约1.01或更大、约1.02或更大、约1.03或更大、约1.04或更大、或者约1.05或更大。在这样的厚度比下，可以提供在确保期望的热导率的同时具有优异的可加工性或抗冲击性等的复合材料。

本申请的复合材料中包含的聚合物组分的种类没有特别限制，其可以考虑例如复合材料的可加工性、抗冲击性、绝缘特性等来选择。本申请中可应用的聚合物组分的实例可以包括选自已知的丙烯酸类树脂、有机硅树脂、环氧树脂、氨基甲酸酯树脂、氨基树脂和酚树脂中的一者或更多者，但不限于此。

在复合材料的情况下，可以通过应用上述金属泡沫来在使主要确保热导率的组分的比率最小化的同时确保优异的热导率，从而在不损害可加工性或抗冲击性等的情况下确保期望的物理特性。

在一个实例中，复合材料中包含的金属泡沫的体积(MV)与聚合物组分的体积(PV)的比率(MV/PV)可以为10或更小。在另一个实例中，比率(MW/PV)可以为9或更小、8或更小、7或更小、6或更小、5或更小、4或更小、3或更小、2或更小、1或更小、或者0.5或更小左右。体积比的下限没有特别限制，其可以为例如约0.1左右。体积比可以通过复合材料中包含的聚合物组分和金属泡沫的重量以及相关组分的密度来计算。

在一个实例中，为了确保更高的热导率，可以在聚合物组分中包含导热填料。

本申请中的术语导热填料意指具有以下热导率的填料：约1W/mK或更大、约5W/mK或更大、约10W/mK或更大、或者约15W/mK或更大。导热填料的热导率可以为约400W/mK或更小、约350W/mK或更小、或者约300W/mK或更小。导热填料的种类没有特别限制，例如，可以应用陶瓷填料或基于碳的填料等。这样的填料可以例示为氧化铝、AlN(氮化铝)、BN(氮化硼)、氮化硅、SiC或BeO等，或者诸如碳纳米管或石墨的填料，但不限于此。

包含的填料的形状或比率没有特别限制。在一个实例中，填料的形状可以具有各种形状，例如基本上球状、针状、板状、树枝状或星状，但不特别限于所述形状。

在一个实例中，导热填料的平均粒径可以在0.001μm至80μm的范围内。在另一个实例中，填料的平均粒径可以为0.01μm或更大、0.1或更大、0.5μm或更大、1μm或更大、2μm或更大、3μm或更大、4μm或更大、5μm或更大、或者约6μm或更大。在另一个实例中，填料的平均粒径可以为约75μm或更小、约70μm或更小、约65μm或更小、约60μm或更小、约55μm或更小、约50μm或更小、约45μm或更小、约40μm或更小、约35μm或更小、约30μm或更小、约25μm或更小、约20μm或更小、约15μm或更小、约10μm或更小、或者约5μm或更小。

填料的比率可以在确保或不损害期望特性的范围内进行调节。在一个实例中，填料可以以约80体积％或更小的体积比包含在复合材料中。在此，体积比是基于构成复合材料的各组分例如金属泡沫、聚合物组分和填料的重量和密度而计算的值。

在另一个实例中，体积比可以为约75体积％或更小、70体积％或更小、65体积％或更小、60体积％或更小、55体积％或更小、50体积％或更小、45体积％或更小、40体积％或更小、35体积％或更小、或者约30体积％或更小左右，或者可以为约1体积％或更大、2体积％或更大、3体积％或更大、4体积％或更大、或者约5体积％或更大左右。

本申请还涉及用于生产复合材料的方法。该制造方法可以包括生产金属泡沫以及将聚合物组分引入到生产的金属泡沫中的步骤。用于生产金属泡沫的方法可以包括以下步骤：对包含金属组分的金属结构进行烧结以获得多孔金属烧结体的步骤；以及在烧结步骤之后，使多孔金属烧结体与氧接触的步骤。前述突起形氧化物可以通过在适当的条件下与氧的接触来在金属泡沫的表面上生长，并且这样的突起形氧化物可以在不使金属泡沫的优点劣化的情况下控制相关金属泡沫的表面积。

在本申请中，术语金属结构意指在为了形成金属泡沫而进行的过程(例如烧结)之前的结构，即，形成金属泡沫之前的结构。此外，即使金属结构被称为多孔金属结构，其本身也不一定是多孔的，并且只要其可以最终形成作为多孔金属结构的金属泡沫，为了方便起见，其就可以被称为多孔金属结构。

对金属结构中包含的金属组分的种类没有特别限制，并且可以使用上述材料。

形成金属结构的金属组分可以呈粉末的形式。例如，金属组分中的金属的平均粒径可以在约0.1μm至约200μm的范围内。在另一个实例中，平均粒径可以为约0.5μm或更大、约1μm或更大、约2μm或更大、约3μm或更大、约4μm或更大、约5μm或更大、约6μm或更大、约7μm或更大、或者约8μm或更大。在另一个实例中，平均粒径可以为约150μm或更小、100μm或更小、90μm或更小、80μm或更小、70μm或更小、60μm或更小、50μm或更小、40μm或更小、30μm或更小、或者20μm或更小。作为金属组分中的金属，可以应用具有不同平均粒径的金属。平均粒径可以考虑期望的金属泡沫的形状(例如，金属泡沫的厚度或孔隙率)来适当地选择，其没有特别限制。

本说明书中提到的平均粒径是所谓的中值粒径(也被称为D50粒径)，其可以通过已知的颗粒尺寸分析方法来获得。

在本申请中，在一个实例中，如上包含金属组分的金属结构可以通过使用包含至少金属组分、分散剂和粘结剂的浆料(在下文中，可以称为浆料A)来形成。

浆料A中的金属组分的比率没有特别限制，其可以考虑期望的粘度、过程效率等来选择。在一个实例中，基于重量，浆料A中的金属组分的比率可以为0.5％至95％左右，但不限于此。在另一个实例中，比率可以为约1％或更大、约1.5％或更大、约2％或更大、约2.5％或更大、约3％或更大、约5％或更大、10％或更大、15％或更大、20％或更大、25％或更大、30％或更大、35％或更大、40％或更大、45％或更大、50％或更大、55％或更大、60％或更大、65％或更大、70％或更大、75％或更大、或者80％或更大，或者可以为约90％或更小、约85％或更小、约80％或更小、约75％或更小、约70％或更小、约65％或更小、60％或更小、55％或更小、50％或更小、45％或更小、40％或更小、35％或更小、30％或更小、25％或更小、20％或更小、15％或更小、10％或更小、或者5％或更小左右。

作为分散剂，例如可以应用醇。作为醇，可以使用具有1至20个碳原子的一元醇，例如甲醇、乙醇、丙醇、戊醇、辛醇、乙二醇、丙二醇、戊醇、2-甲氧基乙醇、2-乙氧基乙醇、2-丁氧基乙醇、甘油、texanol或萜品醇；或者具有1至20个碳原子的二元醇，例如乙二醇、丙二醇、己二醇、辛二醇或戊二醇；或者更高级多元醇；等等，但种类不限于以上。

浆料A还可以包含粘结剂。这样的粘结剂的种类没有特别限制，其可以根据在生产浆料A时应用的金属组分或分散剂的种类来适当地选择。例如，粘结剂可以例示为具有有1至8个碳原子的烷基的烷基纤维素，例如甲基纤维素或乙基纤维素；具有有1至8个碳原子的亚烷基单元的聚碳酸亚烷基酯，例如聚碳酸亚丙酯或聚碳酸亚乙酯；或者基于聚乙烯醇的粘结剂，例如聚乙烯醇或聚乙酸乙烯酯；等等，但不限于此。

浆料A中的各组分的比率没有特别限制。这样的比率可以考虑在使用浆料A进行所述方法时的过程效率例如涂覆特性和可成型性来进行调节。

例如，在浆料A中，相对于100重量份的上述金属组分，粘结剂可以以约1重量份至500重量份的比率包含在内。在另一个实例中，比率可以为约2重量份或更大、约3重量份或更大、约4重量份或更大、约5重量份或更大、约6重量份或更大、约7重量份或更大、约8重量份或更大、约9重量份或更大、约10重量份或更大、约20重量份或更大、约30重量份或更大、约40重量份或更大、约50重量份或更大、约60重量份或更大、约70重量份或更大、约80重量份或更大、约90重量份或更大、约100重量份或更大、约110重量份或更大、约120重量份或更大、约130重量份或更大、约140重量份或更大、约150重量份或更大、约200重量份或更大、或者约250重量份或更大，并且可以为约450重量份或更小、约400重量份或更小、约350重量份或更小、约300重量份或更小、约250重量份或更小、约200重量份或更小、约150重量份或更小、约100重量份或更小、约90重量份或更小、约80重量份或更小、约70重量份或更小、约60重量份或更小、约50重量份或更小、约40重量份或更小、约30重量份或更小、约20重量份或更小、或者约10重量份或更小。

相对于100重量份的粘结剂，浆料A中的分散剂可以以约10重量份至2,000重量份的比率包含在内。在另一个实例中，比率可以为约20重量份或更大、约30重量份或更大、约40重量份或更大、约50重量份或更大、约60重量份或更大、约70重量份或更大、约80重量份或更大、约90重量份或更大、约100重量份或更大、约110重量份或更大、约120重量份或更大、约130重量份或更大、约140重量份或更大、约150重量份或更大、约160重量份或更大、约170重量份或更大、约180重量份或更大、约190重量份或更大、约200重量份或更大、约300重量份或更大、约400重量份或更大、约500重量份或更大、约550重量份或更大、约600重量份或更大、或者约650重量份或更大，并且可以为约1,800重量份或更小、约1,600重量份或更小、约1,400重量份或更小、约1,200重量份或更小、约1,000重量份或更小、约800重量份或更小、约600重量份或更小、约400重量份或更小、约300重量份或更小、约250重量份或更小、或者约200重量份或更小、约150重量份或更小、或者约120重量份或更小左右。

除非另有说明，否则在本文中单位重量份意指各个组分之间的重量比。通过如上控制浆料A中的分散剂或粘结剂的比率，可以在烧结过程之后的后续金属氧化物形成过程中形成期望的适当水平的金属氧化物。

如有必要，浆料A还可以包含溶剂。然而，从在本申请的在烧结之后然后是与氧接触的过程中对金属泡沫的表面进行更有效地改性的观点来看，使用不包含溶剂的浆料A作为浆料A可以是有利的。作为溶剂，可以考虑浆料A的组分(例如金属组分或粘结剂等)的溶解性来使用合适的溶剂。例如，作为溶剂，可以使用介电常数在约10至120范围内的溶剂。在另一个实例中，介电常数可以为约20或更大、约30或更大、约40或更大、约50或更大、约60或更大、或者约70或更大，或者可以为约110或更小、约100或更小、或者约90或更小。这样的溶剂可以例示为水、或具有1至8个碳原子的醇(例如乙醇、丁醇或甲醇)、DMSO(二甲基亚砜)、DMF(二甲基甲酰胺)或NMP(N-甲基吡咯烷酮)等，但不限于此。

当应用溶剂时，相对于100重量份的粘结剂，溶剂可以以约50重量份至400重量份的比率存在于浆料A中，但不限于此。

除了上述组分之外，浆料A还可以进一步包含必要的已知添加剂。然而，为了在下面描述的氧化过程中有效地获得期望的孔特性并形成期望水平的氧化物，浆料可以不包含所谓的发泡剂。术语发泡剂包括对于浆料中的其他组分可以表现出发泡效果的组分，以及其他在工业上通常被称为起泡剂的组分。因此，在本申请中，在制造金属泡沫的过程期间，可以不进行发泡过程。

使用如上浆料A形成金属结构的方法没有特别限制。在制造金属泡沫的领域中，已知用于形成金属结构的各种方法，并且在本申请中，可以应用所有这些方法。例如，可以通过将浆料A保持在合适的模板中或者通过以适当的方式涂覆浆料A来形成金属结构。

这样的金属结构的形状根据期望的金属泡沫来确定并且没有特别限制。在一个实例中，金属结构可以呈膜或片的形式。例如，当结构呈膜或片的形式时，厚度可以为2,000μm或更小、1,500μm或更小、1,000μm或更小、900μm或更小、800μm或更小、700μm或更小、600μm或更小、500μm或更小、400μm或更小、300μm或更小、200μm或更小、150μm或更小、约100μm或更小、约90μm或更小、约80μm或更小、约70μm或更小、约60μm或更小、或者约55μm或更小。金属泡沫由于其多孔结构特征而通常具有脆性特性，从而难以以膜或片的形式特别是薄膜或薄片的形式来制造，并且具有金属泡沫即使被制成也容易破碎的问题。然而，根据本申请的方法，可以形成这样的金属泡沫：其中在具有薄厚度的同时在其中均匀地形成孔，并且具有优异的机械特性。

在此，结构的厚度的下限没有特别限制。例如，呈膜或片形式的结构可以为约1μm或更大、约5μm或更大、10μm或更大、或者约15μm或更大。

可以对通过这样的方法形成的金属结构进行烧结以形成多孔金属烧结体。在这种情况下，进行用于生产金属泡沫的烧结的方法没有特别限制，并且可以应用已知的烧结方法。即，烧结可以以使得以适当的方式向金属结构施加适当量的热的方式来进行。

在通过施加热对金属结构进行烧结的情况下，施加的热没有特别限制。即，热施加条件可以考虑所使用的金属的特性或期望的机械强度等来进行适当地调节。

在一个实例中，多孔金属烧结体可以通过在700℃至2,000℃范围内的任何温度下对金属结构进行烧结来形成。

此外，还可以适当地调节烧结时间，并且烧结可以进行例如约30分钟至600分钟范围内的时间。

在本申请的另一个实例中，包含金属组分的金属结构可以在另一个实例中通过使用金属组分、水性溶剂、有机溶剂和表面活性剂作为浆料(在下文中，可以称为浆料B)来形成。与浆料A不同，浆料B可以为包含发泡组分的浆料。

浆料B中包含的金属组分的种类或浆料中的金属组分的比率与浆料A的情况相同。

浆料B包含金属粉末(金属组分)、水性溶剂、有机溶剂和表面活性剂。当在浆料中控制水性溶剂、有机溶剂和表面活性剂的比率和类型时，在金属泡沫前体中形成微乳液，并且在使这样的乳液在适当的条件下汽化的同时，可以进行发泡过程。例如，由于有机溶剂与水性溶剂之间的蒸气压的差异，具有较高蒸气压的组分可以在发泡过程期间汽化以控制金属泡沫的孔特性。

在此，作为水性溶剂，可以应用水或其他极性溶剂，并且通常可以应用水。相对于100重量份的金属粉末，这样的水性溶剂可以以10重量份至100重量份的比率包含在浆料中。在另一个实例中，水性溶剂的比率可以为约15重量份或更大、约20重量份或更大、约25重量份或更大、约30重量份或更大、约35重量份或更大、约40重量份或更大、约45重量份或更大、约50重量份或更大、约55重量份或更大、或者约60重量份或更大，或者也可以为约95重量份或更小、约90重量份或更小、约85重量份或更小、约80重量份或更小、约75重量份或更小、或者约70重量份或更小。

作为有机溶剂，可以没有任何特别限制地选择合适的种类。作为这样的有机溶剂，例如可以应用基于烃的有机溶剂。作为基于烃的有机溶剂，可以应用具有4至12个碳原子的有机溶剂，并且作为具体实例，可以应用正戊烷、新戊烷、己烷、异己烷、环己烷、庚烷、异庚烷、辛烷、甲苯或苯等。相对于100重量份的金属粉末，这样的有机溶剂可以以0.01重量份至10重量份的比率包含在浆料中。在另一个实例中，有机溶剂的比率可以为约0.05重量份或更大、约0.1重量份或更大、约0.15重量份或更大、约0.2重量份或更大、约0.25重量份或更大、约0.3重量份或更大、约0.35重量份或更大、约0.4重量份或更大、约0.45重量份或更大、约0.5重量份或更大、约0.55重量份或更大、约0.6重量份或更大、约0.65重量份或更大、约0.7重量份或更大、约0.75重量份或更大、约0.8重量份或更大、约0.85重量份或更大、约0.9重量份或更大、约0.95重量份或更大、约1重量份或更大、约1.05重量份或更大、约1.1重量份或更大、约1.15重量份或更大、约1.2重量份或更大、约1.25重量份或更大、约1.3重量份或更大、约1.35重量份或更大、约1.4重量份或更大、约1.45重量份或更大，或者也可以为约9重量份或更小、约8重量份或更小、约7重量份或更小、约6重量份或更小、约5重量份或更小、约4重量份或更小、约3重量份或更小、或者约2重量份或更小。

为了在金属泡沫前体中形成适当的微乳液和/或适当控制上述汽化，可以包含表面活性剂。

在本申请中，作为表面活性剂，可以应用选自两性表面活性剂、非离子表面活性剂和阴离子表面活性剂中的任一者或者其两者或更多者的混合物。在一些情况下，即使当使用两性表面活性剂、非离子表面活性剂和阴离子表面活性剂中的任一者时，也可以应用在一个种类中具有不同结构的两种或更多种表面活性剂的混合物。

在以上表面活性剂中，可以选择用于形成期望的微乳液的合适类型，并且可以考虑在所述方法中应用的水性溶剂和有机溶剂的类型。

如公知的，阴离子表面活性剂是其中显示出界面活性的部分是阴离子的表面活性剂，并且作为阴离子表面活性剂，例如，可以应用羧酸盐化合物、硫酸盐化合物、羟乙磺酸盐化合物、磺基琥珀酸盐化合物、牛磺酸盐化合物和/或谷氨酸盐化合物，但不限于此。

如公知的，非离子表面活性剂是不分离成离子的表面活性剂，并且作为这样的表面活性剂，例如，可以使用基于烷基多糖苷的表面活性剂、基于脂肪酸链烷醇酰胺的表面活性剂、或呈将环氧乙烷添加至氧化胺系列和高级醇中的形式以及将环氧乙烷添加至油中的形式的表面活性剂等。

两性表面活性剂是具有阴离子位点和阳离子位点二者的表面活性剂，并且作为这样的表面活性剂，可以应用甜菜碱，例如椰油酰胺丙基甜菜碱、月桂酰胺丙基甜菜碱、椰油基甜菜碱或月桂基甜菜碱等；或者磺基甜菜碱系列，例如月桂基羟基磺基甜菜碱、月桂酰胺丙基磺基甜菜碱、椰油酰胺丙基羟基磺基甜菜碱或椰油磺基甜菜碱等，但不限于此。

作为表面活性剂，可以单独使用如上所述的各式的阴离子表面活性剂、非离子表面活性剂或两性表面活性剂中的任一者，或者可以混合并使用两种或更多种表面活性剂。

相对于100重量份的金属粉末，表面活性剂可以以1重量份至10重量份的比率包含在浆料中。在另一个实例中，比率可以为约1.5重量份或更大、约2重量份或更大、约2.5重量份或更大、约3重量份或更大、约3.5重量份或更大、约4重量份或更大、或者约4.5重量份或更大，或者也可以为约9.5重量份或更小、约9重量份或更小、约8.5重量份或更小、约8重量份或更小、约7.5重量份或更小、约7重量份或更小、约6.5重量份或更小、约6重量份或更小、或者约5.5重量份或更小。

除了以上组分之外，浆料B还可以进一步包含必要的组分。例如，浆料还可以包含粘结剂。

粘结剂可以例如从具有水溶性的粘结剂中适当地选择或者根据在制备浆料时应用的金属粉末、水性溶剂、有机溶剂和/或表面活性剂的种类适当地选择，没有任何特别限制。例如，作为粘结剂，可以应用与如上述第一种浆料中的粘结剂所述的材料相同的种类。

相对于100重量份的金属粉末，粘结剂可以以1重量份至100重量份的比率包含在浆料中。在另一个实例中，比率可以为约2重量份或更大、约3重量份或更大、约4重量份或更大、约5重量份或更大、约6重量份或更大、约7重量份或更大、约8重量份或更大、约9重量份或更大、或者约10重量份或更大，或者也可以为约90重量份或更小、约80重量份或更小、约70重量份或更小、约60重量份或更小、约50重量份或更小、约40重量份或更小、约30重量份或更小、约20重量份或更小、或者约15重量份或更小。在该比率下，可以有效地生产具有期望的孔特性的金属泡沫。

浆料B还可以进一步包含增塑剂以向金属泡沫或其前体赋予塑性。作为增塑剂，可以选择能够向上述浆料体系或金属泡沫赋予塑性的合适类型，并且例如，可以应用多元醇、油脂、醚化合物或酯化合物等，但不限于此。

当包含增塑剂时，相对于100重量份的金属粉末，增塑剂可以以0.5重量份至10重量份的比率包含在浆料中。在另一个实例中，比率可以为约1重量份或更大、约1.5重量份或更大、约2重量份或更大、约2.5重量份或更大、或者约3重量份或更大，或者也可以为约9重量份或更小、约8重量份或更小、约7重量份或更小、约6重量份或更小、约5重量份或更小、或者约4重量份或更小。在该比率下，可以有效地生产具有期望的孔特性的金属泡沫。

除了上述组分之外，浆料B还可以进一步包含必要的已知添加剂。

通过使用浆料B形成金属泡沫前体的方法没有特别限制，并且与在浆料A的情况下相同。

在使用浆料B的金属前体的情况下，金属烧结体可以通过与上述浆料A的情况相同的烧结过程来获得。

在由浆料B形成的金属前体的情况下，还可以在烧结过程之前进行发泡过程。发泡过程可以应用于由浆料B形成的前体的情况或通过一起使用浆料A和浆料B形成的前体的情况，但是不能应用于单独使用浆料A时的情况。发泡过程可以例如以使得在前体中已经形成乳液的状态下使期望的微乳液汽化的方式进行。例如，发泡过程可以通过将金属泡沫前体在约20℃至100℃范围内的温度下保持适当的时间段来进行。在该条件下，发泡过程可以在通过水性溶剂与有机溶剂之间的蒸汽压的差使微乳液汽化的同时进行。发泡过程的时间根据目的来确定，其没有特别限制，并且其可以进行例如约1分钟至10小时左右范围内的时间，但不限于此。

金属泡沫烧结体可以通过对以上述方式形成的金属泡沫前体进行烧结来生产。在这种情况下，进行烧结的方式没有特别限制，并且可以同等地应用在浆料A的情况下描述的内容。

在本申请的制造方法中，使由此形成的金属烧结体与氧接触以对表面进行改性。这样的与氧的接触过程可以在烧结过程之后立即进行。在一个实例中，与氧的接触可以在在烧结过程之后立即使多孔金属烧结体冷却的同时进行，并且在冷却过程中，多孔金属烧结体可以在当前气氛的温度已经达到一定水平时开始与氧的接触。冷却也可以为强制冷却或自然冷却。在本申请中，可以通过控制这样的与氧的接触条件来在金属泡沫的表面上生长氧化物，并且特别地，可以通过适当地生长呈突起形式的氧化物来实现目的。

因此，在一个实例中，与氧的接触步骤可以包括以下步骤：对金属结构进行烧结，然后使烧结体自然冷却或强制冷却；以及在自然冷却或强制冷却过程中，当温度在300℃至600℃的范围内时，使烧结体与氧接触。

在一个实例中，与氧的接触步骤可以在烧结过程之后使金属泡沫冷却的同时进行，并且在这种情况下，可以通过一个步骤形成表面改性的金属泡沫。

在一个实例中，为了生长合适的氧化物，与氧的接触可以在氧浓度为1ppm至1,000ppm的气氛中进行，并且其也可以在10ppm至1,000ppm的氧浓度气氛中进行。在一个实例中，金属结构的烧结可以在反应气体(例如氢气或氩气)或惰性气体的气氛下进行，其中在反应气体或惰性气体气氛中进行烧结然后使烧结体冷却之后，与氧的接触可以在达到期望的适当温度时通过以适当的浓度注入氧来进行。氧的浓度可以例如通过将氧注入到室中等来进行调节以具有预期的浓度。

在一个实例中，用于表面改性的与氧的接触可以在使多孔金属烧结体冷却的同时进行。冷却可以为强制冷却或自然冷却。即，在用于形成金属烧结体的烧结过程之后，表面改性过程可以通过在使金属烧结体冷却的同时在适当的时刻注入氧的方法来进行。

在烧结时不使金属结构与氧接触的情况下，与氧的接触可以通过在烧结之后的冷却过程的适当时刻注入氧来进行。

在一个实例中，与氧的接触可以在300℃至600℃的温度下开始并进行。即，在烧结之后使烧结体冷却的同时，与氧的接触可以通过在温度达到以上范围时注入氧来进行。在另一个实例中，氧接触的起始温度可以为约320℃或更高、340℃或更高、360℃或更高、380℃或更高、或者400℃或更高，或者可以为580℃或更低、560℃或更低、540℃或更低、520℃或更低、或者500℃或更低。

在一个实例中，与氧的接触可以在以上温度下开始并进行直至多孔金属烧结体的保持温度(环境温度)被冷却至约10℃至50℃左右。

在如上所述与氧的接触在使烧结体冷却的同时进行的情况下，冷却速率没有特别限制。在一个实例中，冷却可以为自然冷却。

例如，与氧的接触可以在通过自然冷却将温度从氧接触的起始温度降低至氧接触的最终温度的同时进行，其中与氧的接触可以进行例如10分钟至5小时。

通过如上与氧的接触，可以获得具有期望的表面特性的金属泡沫。

在以与上述相同的方式在金属泡沫的表面上形成氧化物之后，可以通过将聚合物组分引入到金属泡沫的表面或内部中来制备复合材料。此时，引入聚合物组分的方法没有特别限制并且以已知的方式进行。例如，当使用可固化聚合物组合物等时，其可以包括在其中聚合物组合物存在于金属泡沫的表面上或内部的状态下使可固化聚合物组合物固化的步骤。

以上方法中应用的金属泡沫的详细内容如上所述，并且要制造的复合材料的具体事项也可以遵循上述内容。

另一方面，以上应用的聚合物组合物没有特别限制，只要其可以通过固化等形成上述聚合物组分即可，并且这样的聚合物组分在本领域中是广泛已知的。即，例如，复合材料可以使用已知组分中具有适当粘度的材料通过已知的方法进行固化来制备。

有益效果

本申请可以提供这样的复合材料：其包含金属泡沫和聚合物组分，并且在具有优异的热导率的同时具有其他优异的物理特性例如抗冲击性、可加工性和绝缘特性。

附图说明

图1为实施例中形成的金属泡沫的照片。

具体实施方式

在下文中，将通过实施例和比较例详细地描述本申请，但是本申请的范围不限于以下实施例。

实施例1.

金属泡沫为铜金属泡沫，其中使用厚度为约90μm左右且孔隙率为约65％至75％的呈膜状的铜金属泡沫，其中在表面上存在有呈突起形式的氧化物。由这样的浆料制备铜泡沫：使用平均粒径(D50粒径)为约10μm至20μm左右的铜(Cu)粉末作为金属组分，使用α-萜品醇作为分散剂，以及使用聚乙酸乙烯酯作为粘结剂。浆料中的金属组分(Cu)、分散剂和粘结剂的重量比(Cu∶分散剂∶粘结剂)为约1∶1.11∶0.09左右。涂覆浆料以形成上述厚度的膜，并将其在约100℃的温度下干燥约40分钟。随后，将呈膜形式的结构在4％的氢气/氩气气氛中在约900℃的温度下热处理(烧结)约1小时，并在除去有机组分的同时将金属组分结合以制备多孔金属烧结体。在烧结之后，使烧结体自然冷却，并同时通过在约500℃左右的环境温度下注入氧以具有约400ppm至700ppm范围内的浓度使所述烧结体与氧接触，直至环境温度变为室温(约25℃)。图1是实施例1中制备的片的照片，并且从照片可以确认在金属泡沫的表面上生长有呈突起形式的氧化物。突起形状的长径比在约1至3的范围内，并且氧化物的面积比为约10％至30％左右。用热固性有机硅树脂组合物(Dow Corning，PDMS，Sylgard183 Kit)浸渍铜泡沫，并使用施加器除去过量的组合物，使得最终复合材料的厚度为约110μm左右。随后，将材料保持在约120℃的烘箱中约10分钟左右并固化以制备复合材料。作为基于所施加的聚合物组分(有机硅树脂)和金属泡沫(铜泡沫)中的每一者的密度和施加重量计算的结果，金属泡沫的体积(MV)与聚合物组分的体积(PV)的比率(MV/PV)为约0.3左右。该复合材料的热导率为约5.12W/mK左右。

热导率通过获得复合材料的热扩散率(A)、比热(B)和密度(C)并将它们代入热导率＝ABC的等式来确定，其中热扩散率用激光闪光法(LFA设备，型号名称：LFA467)测量，比热通过DSC(差示扫描量热计)设备测量，密度用阿基米德法测量。此外，热导率是关于复合材料的厚度方向(Z轴)的值。

实施例2.

以与实施例1中相同的方式制备复合材料，不同之处在于使用不同种类的组合物(Dow Coming，PDMS，Sylgard 527 Kit)作为热固性有机硅树脂组合物。作为以上述方式测量所制备的复合材料的热导率的结果，其为约6.86W/mK左右。

实施例3.

以与实施例2中相同的方式制备复合材料，不同之处在于将板状氮化硼粉末以约10重量％左右的比率引入到热固性有机硅树脂组合物(Dow Corning，PDMS，Sylgard 527Kit)中并使用。作为以上述方式测量所制备的复合材料的热导率的结果，其为约10.14W/mK左右。

Claims (15)

1.一种复合材料，包含：

金属泡沫；和

在所述金属泡沫的表面上或在所述金属泡沫的内部的聚合物组分，

其中在所述金属泡沫的表面上或在所述金属泡沫的内部形成有金属氧化物，以及

其中所述复合材料的热导率为0.4W/mK或更大。

2.根据权利要求1所述的复合材料，其中所述金属氧化物呈突起的形状。

3.根据权利要求2所述的复合材料，其中所述突起形状的长径比在1至8的范围内。

4.根据权利要求1所述的复合材料，其中在所述金属泡沫的表面上的所述金属氧化物的面积比在5％至60％的范围内。

5.根据权利要求1所述的复合材料，其中总厚度(T)与所述金属泡沫的厚度(MT)的比率(T/MT)为2.5或更小。

6.根据权利要求1所述的复合材料，其中所述金属泡沫的体积(MV)与所述聚合物组分的体积(PV)的比率(MV/PV)为10或更小。

7.一种用于生产复合材料的方法，包括：

对包含金属组分的金属结构进行烧结以获得多孔金属烧结体；

在所述烧结之后使所述多孔金属烧结体与氧接触，以及

将聚合物组分引入到所述多孔金属烧结体的表面或内部中。

8.根据权利要求7所述的用于生产复合材料的方法，其中所述金属结构由包含所述金属组分、分散剂和粘结剂的浆料制成。

9.根据权利要求8所述的用于生产复合材料的方法，其中所述分散剂为醇。

10.根据权利要求8所述的用于生产复合材料的方法，其中所述粘结剂为烷基纤维素、聚碳酸亚烷基酯或聚乙烯醇化合物。

11.根据权利要求8所述的用于生产复合材料的方法，其中相对于100重量份的所述金属组分，所述浆料包含1重量份至500重量份的所述粘结剂。

12.根据权利要求8所述的用于生产复合材料的方法，其中相对于100重量份的所述粘结剂，所述浆料包含10重量份至2,000重量份的所述分散剂。

13.根据权利要求7所述的用于生产复合材料方法，其中与氧的所述接触在300℃至600℃的温度下进行。

14.根据权利要求13所述的用于生产复合材料的方法，包括：

在对所述金属结构进行烧结之后使所述烧结体自然冷却；以及

在所述自然冷却过程期间，当温度在300℃至600℃的范围内时，使所述烧结体与氧接触。

15.根据权利要求13所述的用于生产复合材料的方法，其中与氧的所述接触在1ppm至10,000ppm的氧浓度下进行。

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